八路彩燈課程設(shè)計--八路彩燈控制器的設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　課 程: 數(shù)字電路</p><p>　　題 目: 八路彩燈控制器的設(shè)計</p><p>　　院 系: 物理與電子信息學院 </p><p>　　專 業(yè): 2011級

2、電子信息科學與技術(shù)</p><p>　　學 號: </p><p>　　姓 名: </p><p>　　完成日期: 2008 年 6 月 22 日 </p><p>　　摘 要：本次八路彩燈電路的制作主要采用74LS194芯片接成扭環(huán)形結(jié)構(gòu)的移位寄存器來實現(xiàn)，通過

3、555定時電路組成多謝振蕩電路。整個電路主要由移位寄存器、控制電路、脈沖發(fā)生器構(gòu)成8個彩燈的循環(huán)控制，并且可以組成多種花型。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 控制 、循環(huán) 、555定時電路</p><p>　　一、設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計要求</p><p><b>　　設(shè)計目的</b></p><p>　?、艑W會將一個實際情況抽象

4、為邏輯電路的邏輯狀態(tài)的方法。</p><p>　?、普莆沼嫈?shù)、譯碼、顯示綜合電路的設(shè)計與調(diào)試方法。</p><p>　?、钦莆諏嶋H輸出電路不同要求的實現(xiàn)方法。</p><p><b>　　2.設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　八路彩示系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能：</p><p>　?、虐寺凡薀魪?/p>

5、左向右逐次漸亮，間隔為1秒。</p><p>　?、瓢寺凡薀魪挠蚁蜃笾鸫螡u滅，間隔為1秒。</p><p>　?、前寺凡薀敉瑫r亮，時間為0.5秒，然后同時變暗，時間為0.5秒，反復4次。</p><p><b>　　3.設(shè)計要求</b></p><p>　　⑴確定總體設(shè)計方案畫出總方框圖，確定各單元電路的功能，進行單元電

6、路的設(shè)計，畫出邏輯圖。</p><p><b>　?、七x擇元器件型號。</b></p><p>　　⑶畫出總邏輯圖和裝配圖，并在實驗板上組裝電路。</p><p>　?、冗M行電路調(diào)試，使其達到設(shè)計要求。</p><p><b>　?、蓪懗隹偨Y(jié)報告。</b></p><p>&

7、lt;b>　　參考器件</b></p><p>　　555定時器、計數(shù)器、雙向移位寄存器、顯示譯碼管、數(shù)碼顯示管、發(fā)光二極管及一些門電路等。</p><p><b>　　二、總體設(shè)計思路</b></p><p>　　根據(jù)課程設(shè)計課題要求，要實現(xiàn)本系統(tǒng)，需要設(shè)計時鐘脈沖產(chǎn)生電路，循環(huán)控制電路和彩燈花樣輸出電路。時鐘脈沖產(chǎn)生電路由

8、74LS163分頻實現(xiàn)，循環(huán)控制電路由74LS163和74LS10實現(xiàn)，彩燈花樣輸出電路由74LS194和相關(guān)邏輯電路實現(xiàn)。</p><p><b>　　三、總體設(shè)計原理</b></p><p><b>　　1.基本原理</b></p><p>　　由設(shè)計要求出發(fā)可知彩燈的三個節(jié)拍可以用移位寄存器74LS194實現(xiàn)，通過控

9、制S0和S1實現(xiàn)右移、左移和送數(shù)，通過控制CLR＇控制清零。第一節(jié)拍為1右移，第二節(jié)拍為0左移，第三節(jié)拍全亮為置數(shù)1，全滅為清零。由于程序循環(huán)一次要20秒，故需要一個20進制的計數(shù)器控制循環(huán)。第三節(jié)拍時要求1秒內(nèi)全滅全亮各一次，故脈沖信號頻率比先前兩節(jié)拍時脈沖頻率要快一倍，而且要以相同頻率控制CLR’?？梢杂靡粋€16進制計數(shù)器產(chǎn)生脈沖信號，一路送到控制20進制的計數(shù)器，一路經(jīng)邏輯電路送到移位寄存器。</p><p&g

10、t;<b>　　2.設(shè)計框圖</b></p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　3.總邏輯電路原理圖</p><p><b>　　圖2</b></p><p><b>　　四、各單元電路設(shè)計</b></p><p&g

11、t;<b>　　1時鐘脈沖產(chǎn)生電路</b></p><p>　　用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器,電路輸出便得到一個周期性的矩形脈沖,其周期為:</p><p>　　T=0.7(R1+2R2)C………………………(5-1)</p><p>　　控制74LS163模十六計數(shù)器電阻值和電容值可設(shè)為：</p><p>　　R1=1

12、KΩ ， R2=17.4KΩ ， C=0.01μF</p><p>　　由公式（1-1）計算得：T=0.2506S</p><p><b>　　圖3</b></p><p><b>　　2.多諧振蕩器</b></p><p>　　用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器,電路輸出便得到一個周期性的矩形脈沖,控

13、制74LS163模十六計數(shù)器，74LS163A輸出2倍T的脈沖信號，B輸出4倍T的脈沖信號，大約為1S。</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　3.20進制循環(huán)控制電路</p><p><b>　　圖5</b></p><p><b>　　4.具體實現(xiàn)：</b

14、></p><p>　　如果模N計數(shù)器的計數(shù)序列從最小0到最大數(shù)N-1，那么N是多余的，可用與非門檢測N,當N出現(xiàn)時，與非門輸出為低，用它控制清零端CLR’，將計數(shù)器清零。此處工作狀態(tài)從00000~10011，檢測10100（異步清零）。</p><p>　　5.彩燈花樣輸出電路：</p><p>　　⑴運用到74LS194功能表</p><

15、;p><b>　　表1</b></p><p>　?、仆ㄟ^20進制計數(shù)器的輸出端的E、D信號控制移位寄存器的S0和S1及其ＣＬＲ＇端真值表</p><p><b>　　表2</b></p><p><b>　　由上表得：</b></p><p><b>　?。樱?/p>

16、＝ＱD＇</b></p><p><b>　?。樱保剑袳＋ＱD</b></p><p>　　CLR＇＝（ＱE*A+QE＇）</p><p>　　進一步分析可知７４ＬＳ１９４脈沖控制：</p><p>　?。茫蹋耍剑ǎ袳*A+QE＇）*ＱE+B</p><p>　　五、實驗、調(diào)試及測試結(jié)

17、果分析</p><p><b>　　1結(jié)果的調(diào)試及分析</b></p><p>　?、耪{(diào)試使用的主要儀器: 數(shù)字萬用表 直流穩(wěn)壓電源 示波器 函數(shù)信號發(fā)生器</p><p>　?、茰y試電路的方法和技巧:</p><p>　　先檢查各芯片的電源和地是否接上，檢查線路是否連好；前面的檢查無問題后，再根據(jù)彩燈的變化情況

18、，確定可能的原因，分析是哪個功能模塊出了問題，用數(shù)字萬用表檢查各模塊的功能，發(fā)現(xiàn)并改正錯誤，直到符合要求為止。</p><p>　　2.調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法：</p><p>　?、挪薀糁挥幸环N花樣變化，沒有其它的花樣：</p><p>　　可能是移位計數(shù)器的S0，S1端控制出現(xiàn)問題，應該檢查循環(huán)控制邏輯電路。還可能是20進制循環(huán)控制計數(shù)器沒正常工作，檢

19、查是否正確接線，芯片是否功能完好。特別注意不能把非門的輸入與輸出接反了。</p><p><b>　?、撇薀魺o規(guī)律變化：</b></p><p>　　原因可能是20進制循環(huán)控制電路不能產(chǎn)生符合要求的控制碼，檢查模十六計數(shù)器的CP脈沖是否穩(wěn)定，看74LS161是否能計數(shù)，即QA、QB、QC、QD、 QE是否周期性的高低電平變化，前面沒問題，再檢查與非門74LS２０和非門

20、74LS04是否能實現(xiàn)它們邏輯功能。</p><p>　?、遣薀舻乃姆N花樣都有，但一次循環(huán)結(jié)束到另一次循環(huán)開始中間有段時間彩燈不亮：</p><p>　　原因可能是控制循環(huán)的20進制計數(shù)器沒有正確接線，實際控制循環(huán)的進制大于20進制，導致有放空時間。應該檢查3輸入與非門是否正常工作，確保能實現(xiàn)20進制計數(shù)。</p><p><b>　　六、總結(jié)</b

21、></p><p><b>　　實驗問題與解決方法</b></p><p>　　問題1:不了解面包板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不了解面包板的基本使用方法和技巧；</p><p>　　解決辦法：使用萬用表的電阻檔檢查面包板的各個孔的連接關(guān)系，兩個孔之間沒有電阻或者電阻很小則說明內(nèi)孔相連；</p><p>　　查找面包板的使用資料，

22、學習基本使用方法。基本使用方是一般不飛線，不相交，一個空不接兩條線，只能90度轉(zhuǎn)彎。</p><p>　　使用技巧：一般條形面包板的兩側(cè)作為電源端和接地端，可以更方便的連線。為了加快和更準確的連接各器件的端口，可以先使用面包板的紙質(zhì)圖紙，在紙上先把各個器件排布好，模擬連線，所有線模擬好在看圖連線， </p><p>　　問題二：線路復雜，檢查困難。</p><p>

23、　　解決方法：只用萬用表的電阻檔，兩表筆接在相應的端口上，電阻很小或者沒有電阻，這說明線路連通。</p><p>　　問題三：怎么檢查每個芯片都工作？</p><p>　　解決方法：用萬用表的電壓檔檢查每個芯片的電源端是否有vcc一樣的電壓，接地端是否都接地了，實驗圖上部分芯片并沒有標注電源端和地端的接口，要自行加上。用led去檢查輸入輸出端是否有相應的響應，例如輸入端是5赫茲的脈沖，接上

24、led后應該是每秒閃爍五次，如果現(xiàn)象不對應該檢查脈沖輸出的芯片，用相同的方法檢車脈沖部分，如此類推。</p><p>　　問題四：八個彩燈只漸亮和漸滅，之后就是常亮4秒，不符合閃爍4次的規(guī)則。</p><p><b>　　解決方法：</b></p><p>　　第一步：閃爍是由clr端控制的，CLR＇＝（ＱE*A+QE＇），彩燈逐漸滅后，QE為

25、1，所以CLR＇=A，把led插在A端，檢查A是否為2赫茲的脈沖，led的確每秒閃爍兩次，說明了A沒問題；</p><p>　　第二步：同樣的方法檢查QE，QE也正常，在檢查起反相作用的74ls04n的1y輸出端，1y為0，74ls09n故沒問題；</p><p>　　第三步檢查起相加作用的74ls32n的1a，1b，1y，發(fā)現(xiàn)1y=0,1a=o，1b=0，這說明相與作用正常，問題發(fā)生在1

26、b，1b=ＱE*A，應該是0和1交替出現(xiàn)，所以問題必定在相與的芯片上，即為74ls09n；</p><p>　　第四步，檢查74ls09的輸出端，沒有輸出，檢查連線也正確，懷疑是芯片有問題。把芯片獨立出來檢查芯片功能，芯片沒有相與功能，可能是芯片損壞，更換芯片，更換后也沒有相與功能，說明74ls09n不能完成相與功能，解決方法是找替代芯片。經(jīng)查找，74ls08與74ls09功能一致，引腳排布一致，可替換。更換以后

27、有了閃爍的現(xiàn)象；</p><p>　　問題五:有時有現(xiàn)象，有時沒有，懷疑是接觸不良。</p><p>　　解決方法：更換接觸不良的線。</p><p><b>　　大功告成</b></p><p><b>　　附錄：</b></p><p>　　元器件清單：555定時器，模十

28、六計數(shù)器74LS163， 與門74LS08，與非門74LS10，非門74LS04，或門74LS32，74LS194雙向移位寄存器，發(fā)光二極管等。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]歐陽星明：數(shù)字邏輯，華中科技大學出版社，2005年3月第2版。</p><p>　　[2] 王玉龍：數(shù)字電路，高等教育出版社，2